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機械控制工程基礎課程改革策略
機械控制工程基礎”是機械工程類(lèi)學(xué)生一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課。該課程內容較抽象,理論性強。下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：針對機械控制工程基礎課程特點(diǎn)，結合長(cháng)沙理工大學(xué)“機械設計制造及其自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)特色，從教學(xué)內容理論聯(lián)系實(shí)際及優(yōu)化、實(shí)踐環(huán)節設置、教學(xué)手段、教學(xué)理念轉變等方面進(jìn)行了課程改革實(shí)踐。結果表明，上述改革實(shí)踐激發(fā)了學(xué)生興趣，取得了良好效果。
關(guān)鍵詞：機械控制工程基礎;課程改革;一般本科院校;專(zhuān)業(yè)特色
引言
機械控制工程基礎是機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課，是一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎課，在機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的人才培養體系中起著(zhù)承上啟下的作用。
�、偎诮�(jīng)典控制理論，結合機械工程中的實(shí)際控制應用，介紹經(jīng)典控制理論的基本概念、控制系統的數學(xué)模型、頻率特性、穩定性分析、快速性分析、準確性分析及控制系統性能校正等。通過(guò)該課程的學(xué)習，使學(xué)生了解機械控制系統的基本結構和工作原理，掌握自動(dòng)控制理論在機械工程中的具體應用;學(xué)會(huì )分析機械工程系統的穩定性、準確性、快速性等基本性能，掌握系統設計和校正的本方法;培養學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為后續學(xué)習專(zhuān)業(yè)課以及從事相關(guān)工作打下基礎。
�、跈C械控制工程基礎是數理基礎課程與專(zhuān)業(yè)課程之間的一道橋梁，課程中有大量的公式、定理、判據，涉及時(shí)間域、頻率域和復數域，課程內容較枯燥。筆者通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗發(fā)現：學(xué)生感到該課程難度較大，對所學(xué)內容不易消化和吸收。這使得一部分學(xué)生在學(xué)習中的主動(dòng)性變差，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，從而嚴重影響到了課程的教學(xué)質(zhì)量。這導致學(xué)生整個(gè)機械專(zhuān)業(yè)知識體系不完善，出現了中斷，從而影響了人才培養質(zhì)量。因此，結合機械控制工程基礎的課程特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革，對于提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，是十分必要的。本文根據機械控制工程基礎課程特點(diǎn)，結合我校機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)特色，從課程的教學(xué)內容、教學(xué)手段及實(shí)驗教學(xué)等方面開(kāi)展了一定的探索和研究，對于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性和學(xué)習效果有一定的參考作用。
一、我校機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)特色
長(cháng)沙理工大學(xué)的“機械設計制造及其自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)是學(xué)校的骨干專(zhuān)業(yè)，其起源于原湖南交通學(xué)校1956年創(chuàng )辦的“船舶技術(shù)管理”專(zhuān)業(yè)和隨后開(kāi)設的“筑路工程機械”專(zhuān)業(yè)。1978年經(jīng)國務(wù)院批準，在湖南交通學(xué)校的基礎上創(chuàng )辦長(cháng)沙交通學(xué)院，歸口交通部直接管理。自1979年始，筑路工程機械專(zhuān)業(yè)面向全國招收四年制本科生。1987年長(cháng)沙交通學(xué)院開(kāi)設機械制造工藝與設備專(zhuān)業(yè)，當年開(kāi)始面向全國招收三年制大專(zhuān)班。1996年經(jīng)教育部批準，在原機械制造工藝與設備專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)的基礎上創(chuàng )辦“機械電子工程”四年制本科專(zhuān)業(yè)。1998年，“筑路工程機械”和“機械電子工程”兩專(zhuān)業(yè)合并為“機械設計制造及其自動(dòng)化”，設工程機械和機電一體化兩個(gè)方向。幾十年來(lái)，已培養了近三千名主要在機械和交通領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)就業(yè)的畢業(yè)生，具有鮮明的機械行業(yè)和交通行業(yè)特色，形成了“立足交通和工程機械行業(yè)，傳承‘鋪路石’精神;夯實(shí)基礎知識，突出機電一體化;強化工程實(shí)踐與動(dòng)手能力，培養面向基層的高級應用型人才”的專(zhuān)業(yè)特色。
二、改革措施
根據機械控制工程基礎課程特點(diǎn)，結合我�！皺C械設計制造及其自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)特色，從教學(xué)內容理論聯(lián)系實(shí)際、優(yōu)化教學(xué)內容、實(shí)踐環(huán)節注重虛實(shí)結合、多樣化的教學(xué)手段、將CDIO教學(xué)理念引入教學(xué)等方面采取了措施進(jìn)行了課程改革。
2.1教學(xué)內容理論聯(lián)系實(shí)際
機械控制工程基礎所討論的問(wèn)題源于工程實(shí)踐，是進(jìn)行自動(dòng)控制系統性能分析和設計所面臨的共性問(wèn)題。隨著(zhù)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快和科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，控制理論的應用面越來(lái)越寬，知識體系越來(lái)越成熟。但由于本課程偏重理論基礎的介紹，往往使學(xué)生在學(xué)習中對實(shí)際的控制系統缺乏感性知識，他們感到學(xué)習的內容比較抽象，和他們接觸的控制系統差距很大，影響學(xué)習效果。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中應注重理論聯(lián)系實(shí)際。比如，講到機械控制系統的組成時(shí)，多舉一些工程機械控制系統和數控機床控制系統的實(shí)例，很容易提高學(xué)生的學(xué)習興趣。這樣既克服了該門(mén)課程的理論性和抽象性，又增加了學(xué)生的學(xué)習能動(dòng)性，開(kāi)闊了學(xué)生視野，從而很好地促進(jìn)教學(xué)效果。
2.2優(yōu)化教學(xué)內容
機械控制工程基礎內容比較多而且也比較抽象，我�！皺C械設計制造及其自動(dòng)化”專(zhuān)業(yè)培養計劃中機械控制工程基礎安排為2.5學(xué)分，40學(xué)時(shí)。由于課程知識點(diǎn)較多，在規定的時(shí)間難以把所有內容講完。所以，我們必須加強課程知識體系的研究，對教學(xué)內容進(jìn)行優(yōu)化。根據我校機械工程專(zhuān)業(yè)狀況，我們把課程教學(xué)內容重放在控制理論的基本概念、控制系統的數學(xué)模型、系統穩定性分析、系統快速性分析、系統準確性分析及系統性能校正等幾部分，而對于要求較高的內容，如非線(xiàn)性控制系統、離散控制系統系統及根軌跡法等只作簡(jiǎn)要闡述，感興趣的學(xué)生可以在課下和老師進(jìn)行交流。
2.3實(shí)踐環(huán)節注重“虛”、“實(shí)”結合
機械控制工程基礎是一門(mén)注重實(shí)踐、實(shí)踐性很強的專(zhuān)業(yè)課程。實(shí)踐環(huán)節對于培養學(xué)生分析問(wèn)題并運用所學(xué)知識解決問(wèn)題的能力起著(zhù)非常重要的作用，有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的提高。很多高校機械控制工程基礎的實(shí)踐環(huán)節一般借助MATLAB軟件實(shí)施，通常是上機實(shí)驗。③④然而，單純采用MAT-LAB軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗，不夠直觀(guān)，與工程實(shí)際有些脫節，激發(fā)不起學(xué)生興趣，實(shí)驗效果不是很理想。為此，我們對傳統實(shí)驗方式進(jìn)行了改革，采取了“虛”、“實(shí)”結合的實(shí)驗方式，一部分實(shí)驗借助MATLAB軟件平臺上機進(jìn)行，同時(shí)還開(kāi)設了實(shí)物實(shí)驗。學(xué)院為本課程購買(mǎi)了自動(dòng)控制工程基礎試驗臺，可以進(jìn)行控制系統的時(shí)域響應分析、頻率特性測試、校正設計等實(shí)物實(shí)驗。相對于軟件實(shí)驗，利用真實(shí)的控制器件，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性，學(xué)生也普遍反映更加喜歡這種實(shí)驗形式，取得了較好效果。
2.4多樣化的教學(xué)手段
機械控制工程基礎課程中的許多概念和原理等內容，學(xué)習過(guò)程中需要大量復雜的計算、分析、作圖，這使得傳統的常規的課堂授課方法很難使學(xué)生充分消化吸收。要想獲得較好的教學(xué)效果，必須對傳統教學(xué)方法進(jìn)行改革，采用多樣化教學(xué)手段。為此，我們在課堂教學(xué)中采用“以多媒體教學(xué)為主，板書(shū)為輔”的方法，改變傳統“板書(shū)教學(xué)”方式。同時(shí)，針對該課程理論性強、計算復雜、繪圖工作量大的特點(diǎn)，將MATLAB軟件引入教學(xué)中。MATLAB軟件中有專(zhuān)門(mén)的控制系統分析和設計工具箱，比較容易繪制系統的時(shí)間響應曲線(xiàn)、Nyquist圖、Bode圖等，利用Simulink模塊可以方便地進(jìn)行控制系統的性能分析和設計，獲得了良好的教學(xué)效果。
2.5將CDIO教學(xué)理念引入教學(xué)
CDIO是構思(Conceive)、設計(Design)、實(shí)施(Imple-ment)、運作(Operate)等四個(gè)英文單詞的縮寫(xiě)，⑤代表了產(chǎn)品、系統或過(guò)程的整個(gè)生命周期的所有環(huán)節。CDIO工程教育教學(xué)模式的核心思想是把整個(gè)學(xué)習過(guò)程利用“工程項目”來(lái)組織，以學(xué)生在項目實(shí)施不同階段的知識需求為驅動(dòng)來(lái)安排教學(xué)內容和方法。由于機械控制工程基礎這門(mén)課程系統性強，適合借助工程案例借助CDIO模式進(jìn)行教學(xué)。作者針對機械控制工程基礎課程特點(diǎn)提出的CDIO教學(xué)模式包括四個(gè)過(guò)程：構思、設計、實(shí)施和考核。老師針對所講授的知識點(diǎn)結合具體的工程實(shí)例，提出了幾個(gè)適合機械控制工程基礎的“工程項目”，并力爭把本門(mén)課程的主要知識點(diǎn)融入到“工程項目”中。在實(shí)施過(guò)程中，把學(xué)生分成若干小組，給每個(gè)小組分配不同的“工程項目”，針對所要學(xué)習的知識點(diǎn)，查閱資料，進(jìn)行分組討論，加深對知識的理解，并提出解決“工程項目”的具體方案。然后，合理綜合課程內容，通過(guò)綜合性實(shí)驗或模擬仿真加以驗證。最后，改革傳統考核方式，加大學(xué)生在“工程項目”實(shí)施過(guò)程中和實(shí)踐部分的考核分值，根據學(xué)生的考試成績(jì)、“工程項目”實(shí)施中的表現、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力等來(lái)綜合評分。
三、結語(yǔ)
高等教育的核心是提高人才培養質(zhì)量，工程教育的目標是為社會(huì )輸送合格的工程師，這些目標的實(shí)現是要落實(shí)在具體的教學(xué)過(guò)程中。隨著(zhù)自動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，當前高等工程教育對人才培養有了更高的要求，機械控制工程基礎及其他相關(guān)課程的教學(xué)改革也應與時(shí)俱進(jìn)，這就要求任課教師要樹(shù)立“提高人才培養質(zhì)量”的教學(xué)理念，不斷改善教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內容，精心組織教學(xué)過(guò)程，提高學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，使學(xué)生能夠更好地學(xué)習和掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識，為自身全面發(fā)展創(chuàng )造良好的條件。筆者從教學(xué)內容理論聯(lián)系實(shí)際、優(yōu)化教學(xué)內容、實(shí)踐環(huán)節注重虛實(shí)結合、多樣化的教學(xué)手段、將CDIO教學(xué)理念引入教學(xué)等方面采取了措施進(jìn)行了機械控制工程基礎的課程改革，取得了良好的效果。
注釋
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�、堇畲笥�,林海鵬,張鴻艷等.“控制工程基礎”課程教學(xué)模式的研究與探索[J].中國電力教育,2013(29):51-52.
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